CN110879197A - 一种基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，包括步骤(a)：按采样时间间隔Δt记录一段时间跨度范围内的实测的户外的汽车外饰材料样品的表面温度Tu，以及样品表面的紫外辐照量RUV；步骤(b)：采用人工加速光热老化等效辐照量模型公式，计算得到此一段时间跨度范围内的汽车外饰材料的人工加速光热老化等效辐照量。该计算方法为汽车外饰材料的人工加速老化试验的研究的开发提供理论计算的支持。

Description

一种基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速 光热老化等效辐照量计算方法
技术领域
本发明涉及一种汽车外饰材料光热老化等效辐照量计算方法，具体是指一种基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法。
背景技术
汽车外饰材料的户外服役寿命预测一直是业内关注的一个问题，也是一道难题。
国内外众多汽车制造商和研发机构一直致力于对汽车内、外饰材料开展有效的人工加速老化试验研究。
其中，TNR(Temperature Normalized Radiation，温度调节辐照量)模型逐渐成为业内对于汽车内饰材料的最为广泛的光热老化模型。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，为汽车外饰材料的人工加速老化试验的研究的开发提供理论计算的支持。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：一种基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤(a)：按采样时间间隔Δt记录一段时间跨度范围内的实测的户外的汽车外饰材料样品的表面温度Tu，以及样品表面的紫外辐照量RUV；
步骤(b)：采用如下的人工加速光热老化等效辐照量模型公式(1)，计算得到此一段时间跨度范围内的汽车外饰材料的人工加速光热老化等效辐照量：
Figure BDA0002237391580000021
式中：
TNRUV——人工加速光热老化等效辐照量，单位为兰利(ly)；
RUV——t时刻样品表面的紫外辐照量，单位为兰利(ly)；
Ea——老化反应活化能，单位为焦每摩尔(J/mol)；
R——气体常数，取值为8.314；
Tt——人工加速光热老化的试验温度，单位为摄氏度(℃)；
Tu——t时刻样品的表面温度，单位为摄氏度(℃)。
本发明的计算方法用于计算对于汽车外饰件材料，针对人工光热加速老化试验条件，在某气候环境条件下户外实际使用状态下，进行等效辐照量的计算，从而实现人工加速老化试验时间的精准控制。
本发明参考了TNR模型对于温度调节辐照量的概念，针对汽车外饰材料进行了修改，其中辐照的值选用了基于紫外辐照的辐照量，其原因在于：一是对于外饰材料，其受到的太阳光照涵盖了紫外光波段、可见光波段以及红外光波段，而紫外光波段则是使得大部分高分子材料产生老化的重要波段；二是可见光以及红外波段的光照对于材料的作用，大部分已经体现在材料的发热效果上，模型采用了样品的温度作为计算量，与紫外辐照结合作为等效，基本从两个不同层面综合的太阳光照对于汽车外饰材料在光老化和热老化两方面的作用效果。
本发明中，所述步骤(b)中，RUV的计算可以采用
Figure BDA0002237391580000022
其中，Euv为时间间隔Δt内的紫外辐照总量，单位为MJ/m2；
也可以采用RUV＝＝IUV·Δt*2.39×10-5，其中，Iuv为该时间间隔Δt内的平均紫外辐照强度，单位为W/m2。
本发明中，所述步骤(a)中，所述的时间间隔Δt为1min～10min；所述的时间跨度范围为1个月～10年。
本发明中，：所述步骤(a)中，汽车外饰材料样品的表面温度Tu通过使用热电偶或者热电阻或者红外温度计测得，该表面温度Tu取时间间隔Δt内的平均温度值。
本发明中，所述步骤(b)中，人工加速光热老化的试验温度Tt为60℃～120℃。
本发明中，所述的汽车外饰材料包括但不限于通风盖板、保险杠、散热器格栅等；根据不同的材料，所述步骤(b)中，老化反应活化能Ea的取值也不同，取值范围为40kJ/mol～100kJ/mol。
针对具体的材料，由于其温度受材料热力学参数、空气温度、太阳辐照，风速等多方面的影响，故案例中均选用实测材料表面温度的方式进行本方法的数据积累和计算。如难以实现监测，也可根据材料的颜色，散热特性等热力学参数，采用环境温度、白板温度、黑板温度或黑标温度等代替或估算样品表面温度。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
(1)首先，本发明的计算方法，为汽车外饰材料的人工加速老化试验的研究的开发提供理论计算的支持。
(2)其次，本发明针对原主要用于汽车内饰材料的TNR模型进行了修改，基于紫外辐照和样品表面温度进行计算，既考虑了太阳光照的紫外光波段对于材料的老化产生的效果，也从样品表面温度的角度体现了其他波段(可见光和红外光)对材料产生的热效应。
(3)最后，本发明基于常用的气象系统测量的辐照度/辐照量的数值，给出了Euv、Iuv对应转换为Ruv的简化计算公式，便于实际使用。
具体实施方式
实施例1
一种基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，包括如下步骤：
步骤(a)：按采样时间间隔Δt为5分钟，记录2016年5月1日至7月31日(共3个月)的我国新疆吐鲁番环境试验场的某试验车中实测的户外的汽车外饰材料样品的表面温度Tu(即表1的C列自C3开始的温度数据，以℃为单位)，以及样品表面的紫外辐照量EUV(即表1的B列自B3开始的辐照量数据，以MJ/m2为单位)。
表1：新疆吐鲁番环境试验场实测的汽车外饰材料样品的部分参数列表
Figure BDA0002237391580000031
Figure BDA0002237391580000041
Figure BDA0002237391580000051
本案例中，汽车外饰材料为通风盖板，汽车外饰材料样品的表面温度Tu通过使用热电偶测得，该表面温度Tu取时间间隔Δt内的平均温度值，表面温度Tu也可以采用热电阻或者红外温度计获得；样品表面的紫外辐照量采用与样品方向同角度(本案例中均为向南45°)的紫外辐照计记录的Δt内的总辐照量数据。
步骤(b)：采用如下的人工加速光热老化等效辐照量模型公式(1)，计算得到此一段时间跨度范围内的汽车外饰材料的人工加速光热老化等效辐照量：
Figure BDA0002237391580000061
式中：
TNRUV——人工加速光热老化等效辐照量，单位为兰利(ly)；
RUV——t时刻样品表面的紫外辐照量，单位为兰利(ly)；
Ea——老化反应活化能，单位为焦每摩尔(J/mol)；
R——气体常数，取值为8.314；
Tt——人工加速光热老化的试验温度，单位为摄氏度(℃)；
Tu——t时刻样品的表面温度，单位为摄氏度(℃)。
本实施例中，汽车外饰材料的老化反应活化能Ea为45kJ/mol；人工加速光热老化的试验温度Tt为80℃；
RUV的计算采用
Figure BDA0002237391580000062
其中，Euv为时间间隔Δt内的紫外辐照总量，单位为MJ/m2，紫外辐照总量可以直接测量获得。
将上述数值代入公式(1)，计算3个月的人工加速光热老化等效辐照量TNRUV，计算结果为917.75。
如果人工加速光热老化的试验温度Tt为85℃，则对应计算得到的TNRUV为740.96。
作为本实施例的变换，时间间隔Δt也可以在1min～10min范围内取值；时间跨度范围也可以在1个月～10年范围内取值；人工加速光热老化的试验温度Tt也可以在60℃～120℃范围内取值。
本实施例中，对应不同的汽车外饰材料，老化反应活化能Ea的取值范围为40kJ/mol～100kJ/mol。
实施例2
一种基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，包括如下步骤：
步骤(a)：按采样时间间隔Δt为5分钟，记录2016年一年的我国海南琼海环境试验场的某试验车中实测的户外的汽车外饰材料样品的表面温度Tu(即表2的C列自C3开始的温度数据，以℃为单位)，以及样品表面的紫外辐照强度IUV(即表2的B列自B3开始的辐照强度数据，以W/m2为单位)。
表2：海南琼海环境试验场实测的汽车外饰材料样品的部分参数列表
Figure BDA0002237391580000071
Figure BDA0002237391580000081
本实施例中，该汽车外饰材料-发动机盖，汽车外饰材料样品的表面温度Tu通过使用热电偶测得，该表面温度Tu取时间间隔Δt内的平均温度值，表面温度Tu也可以采用热电阻或者红外温度计获得；样品表面的紫外辐照强度采用与样品方向同角度(本案例中均为向南5°)的紫外辐照计记录的Δt内的平均辐照强度数据。
步骤(b)：采用如下的人工加速光热老化等效辐照量模型公式(1)，计算得到此一段时间跨度范围内的汽车外饰材料的人工加速光热老化等效辐照量：
Figure BDA0002237391580000082
式中：
TNRUV——人工加速光热老化等效辐照量，单位为兰利(ly)；
RUV——t时刻样品表面的紫外辐照量，单位为兰利(ly)；
Ea——老化反应活化能，单位为焦每摩尔(J/mol)；
R——气体常数，取值为8.314；
Tt——人工加速光热老化的试验温度，单位为摄氏度(℃)；
Tu——t时刻样品的表面温度，单位为摄氏度(℃)。
本实施例中，汽车外饰材料的老化反应活化能Ea为60kJ/mol；人工加速光热老化的试验温度Tt为95℃；
RUV的计算采用RUV＝＝IUV·Δt*2.39×10-5，，其中，Iuv为时间间隔Δt内的平均紫外辐照强度，单位为W/m2。紫外辐照强度可以直接测量获得。
将上述数值代入公式(1)，计算2016年全年的人工加速光热老化等效辐照量TNRUV，计算结果为1295.6。
作为本实施例的变换，时间间隔Δt也可以在1min～10min范围内取值；时间跨度范围也可以在1个月～10年范围内取值；人工加速光热老化的试验温度Tt也可以在60℃～120℃范围内取值。
本实施例中，对应不同的汽车外饰材料，老化反应活化能Ea的取值范围为40kJ/mol～100kJ/mol。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤(a)：按采样时间间隔Δt记录一段时间跨度范围内的实测的户外的汽车外饰材料样品的表面温度Tu，以及样品表面的紫外辐照量RUV；
步骤(b)：采用如下的人工加速光热老化等效辐照量模型公式(1)，计算得到此一段时间跨度范围内的汽车外饰材料的人工加速光热老化等效辐照量：
Figure FDA0002237391570000011
式中：
TNRUV——人工加速光热老化等效辐照量，单位为兰利(ly)；
RUV——t时刻样品表面的紫外辐照量，单位为兰利(ly)；
Ea——老化反应活化能，单位为焦每摩尔(J/mol)；
R——气体常数，取值为8.314；
Tt——人工加速光热老化的试验温度，单位为摄氏度(℃)；
Tu——t时刻样品的表面温度，单位为摄氏度(℃)。
2.根据权利要求1所述的基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，其特征在于：所述步骤(b)中，RUV的计算采用
Figure FDA0002237391570000012
其中，Euv为时间间隔Δt内的紫外辐照总量，单位为MJ/m2。
3.根据权利要求1所述的基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，其特征在于：所述步骤(b)中，RUV的计算采用RUV＝＝IUV·Δt*2.39×10-5，其中，Iuv为该时间间隔Δt内的平均紫外辐照强度，单位为W/m2。
4.根据权利要求1所述的基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，其特征在于：所述步骤(a)中，所述的时间间隔Δt为1min～10min。
5.根据权利要求1所述的基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，其特征在于：所述步骤(a)中，所述的时间跨度范围为1个月～10年。
6.根据权利要求1所述的基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，其特征在于：所述步骤(a)中，汽车外饰材料样品的表面温度Tu通过使用热电偶或者热电阻或者红外温度计测得，该表面温度Tu取时间间隔Δt内的平均温度值。
7.根据权利要求1所述的基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，其特征在于：所述步骤(b)中，人工加速光热老化的试验温度Tt为60℃～120℃。
8.根据权利要求1至7任一项所述的基于紫外辐照和样品表面温度的汽车外饰材料人工加速光热老化等效辐照量计算方法，其特征在于：所述的汽车外饰材料为通风盖板或者保险杠或者散热器格栅；所述步骤(b)中，老化反应活化能Ea的取值范围为40kJ/mol～100kJ/mol。
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